锅炉等离子点火启动的特点及问题分析

锅炉等离子点火启动的特点及问题分析

1滑停和低负荷时发电效率不断提高在基础设施准备阶段，电动汽车站应经过清洁、管道清洁、安全门端部定、空负荷试验运行等阶段。在此阶段，锅炉无法达到最低的稳定燃料负荷，因此需要消耗大量的轻油。调试后的机组在开始、燃烧不稳定和停止阶段也应使用轻油。目前国内燃油供应紧张,甚至出现油慌,燃油价格更是不断攀升,这使电厂基建投资和投产后的发电成本也不断升高。广州恒运电厂6号机组在广东省内首次采用等离子点火系统,在机组启动、滑停和低负荷稳燃时,锅炉着火燃烧稳定,节油显著。国华台山电厂3号机组在基建阶段就采用等离子点火系统,在国内首次实现了600MW锅炉冷态无油点火启动,在国内首次实现整个吹管过程没有燃用轻油。本文详细介绍了上述两电厂等离子点火系统的应用情况,以期为同类机组采用该技术提供参考。2辅助系统组成等离子点火燃烧系统包括点火系统和辅助系统两大部分。点火系统由等离子燃烧器、等离子发生器、电源控制柜、隔离变压器、控制系统等组成;辅助系统由载体风系统、冷却水系统、图像火检系统等组成,如图1所示。等离子燃烧器多是结合电厂的实际,将原燃烧器经过加装等离子发生器改造而成,借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉,既可以在点火阶段使用,也可以在燃烧稳定后作为带负荷煤粉燃烧器使用。与带负荷煤粉燃烧器相比,等离子燃烧器能在煤粉进入燃烧器内时就用等离子弧将煤粉直接点燃。等离子点火燃烧器结构见图2。3广州恒运煤矿的离子火焰分析3.1锅炉燃烧特性广州恒运电厂6号机组(210MW)1998年初投产,锅炉原来是DG680/13.7-15型燃油锅炉,燃用调和渣油。2003年10月,锅炉成功改造为DG680/13.7-20型自然循环、一次中间再热、单炉膛、固态排渣、燃煤汽包炉。该锅炉采用5层四角切圆布置水平浓淡燃烧器,2层油燃烧器,燃油采用0号轻柴油。制粉系统为冷一次风正压直吹式制粉系统,配5台ZGM80G型中速辊式磨煤机,4用1备,磨煤机最低出力7.47t/h,最低通风量33.6t/h。锅炉燃煤特性如表2。该锅炉将原来的下层4支煤粉燃烧器(对应C磨煤机)改造为等离子燃烧器,等离子发生器安装在燃烧器侧面。锅炉点火阶段等离子燃烧器作为点火燃烧器使用,作用相当于油燃烧器;锅炉高于最低稳燃负荷后等离子燃烧器和其它煤粉燃烧器一样使用,作用相当于带负荷煤粉燃烧器。3.22等离子点火技术恒运电厂6号机组的等离子点火系统由于改造的原因,直到机组第一次整组启动时才可以开始使用,并且由于场地限制没有考虑临炉取热风或安装蒸汽加热器解决冷炉制粉热一次风来源的问题。因而锅炉冷态启动吹扫完成后要先按常规先后投入下层四支油枪暖炉约1h左右,当空气预热器出口一次风温达到90℃～130℃时,此时再按顺序启动1～4号等离子发生器,将C磨煤机的运行模式切换到“等离子运行方式”,在C制粉系统满足启动条件的情况下启动C制粉系统。C磨煤机的最小出力为7.47t/h,这样的给煤率与一次风速18～24m/s相匹配后,煤粉浓度很低,煤粉不易被等离子点着。若初始给煤量为13～16t/h,达到等离子点火合适的一次风煤粉浓度,则在锅炉冷态启动之初,这么多的给煤量点燃喷入炉膛,会造成锅炉升温、升压速率较快、汽包金属壁温差大等问题。这种现象要求启动C给煤机后初始给煤量为13～16t/h,在合适的煤粉浓度下等离子燃烧器点火正常后,适当减小给煤率,尽快退出全部运行的油枪,控制升温升压速度,同时注意维持磨煤机出口温度75℃～80℃。锅炉断油运行后,即可投入电除尘器。C制粉系统投入运行的初期,要注意观察火焰的燃烧、等离子发生器电源功率的波动等情况,若发现异常,要及时处理。根据机组启动需要逐步增加C磨出力,可以完成汽机冲转、定速、并网,逐步升负荷,当C制粉系统出力达到70%以上时,启动第二套制粉系统。当锅炉负荷升至最低稳燃负荷(110MW)以上且等离子发生器在运行状态时,应及时将磨煤机运行方式切至“正常运行方式”,逐步停用四角等离子发生器,锅炉转入正常运行,防止因等离子点火器断弧造成C磨煤机跳闸。图3为2003年10月23日23:24:00机组调试阶段启动过程中等离子点火燃烧器投用后主蒸汽升温升压曲线。图中第0min等离子发生器开始拉弧,拉弧前共4只油枪运行;第4min启动磨煤机;第10min退出2只油枪;第16min退出第3只油枪;第26min退出最后一只油枪全烧煤粉。从图中可以看出C磨启动后主蒸汽温度升高很快,随着油枪及时退出运行,燃烧调整,主汽升温、升压速率得到控制。该锅炉可以在等离子点火装置投入运行时,仅C磨运行、C给煤机给煤量为13～16t/h,通过燃烧调整锅炉可断油全烧煤粉,煤粉着火正常,燃烧稳定,炉膛负压稳定,金属壁温正常,锅炉升温升压速率可满足冷态启动曲线的要求。3.32等离子发生器2003年11月1日00:28:00,机组负荷降到115MW,启动四角等离子发生器,按规程要求平稳降温降负荷。03:05:00电负荷降到0,发电机解列,等离子点火系统退出运行,停运电除尘,锅炉停炉。整个滑参数停机过程中完全使用等离子点火助燃,没有投用油枪,锅炉燃烧稳定。3.4号机组启动节约项目恒运电厂6号机组是广东省内首台成功应用等离子点火技术的机组,与该厂7号机组(锅炉和制粉系统完全相同)相比整组启动调试节约用油共计200t。锅炉冷态启动,可以实现早启动制粉系统、早退油枪、早投电除尘器,启动每次平均耗油减少20～25t;机组滑停低负荷助燃完全不用燃油。4华台电站离子燃烧分析4.1燃煤锅炉系统国华台山电厂一期工程3号机组(600MW)锅炉为上海锅炉厂有限公司制造的SG2028/17.5-M907型亚临界参数П型汽包炉,采用控制循环、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧方式、燃烧器摆动调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置燃煤锅炉。锅炉采用冷一次风机正压直吹式制粉系统,配置6台HP983型中速磨煤机,5台运行,1台备用。磨煤机最低出力15.6t/h,最低通风量68.7t/h。锅炉燃煤特性如表2。锅炉还设计有3层油燃烧器,燃油采用0号轻柴油。该锅炉将最下层4支煤粉燃烧器(对应F磨煤机)改造为等离子燃烧器,等离子发生器安装在燃烧器侧面。台山电厂3号机组与恒运电厂6号机组等离子点火系统总体设计是相同的,最大不同点是在F磨入口热风调节门前水平风道内安装了立式蒸汽加热器,加热蒸汽来自辅助蒸汽联箱。这解决了冷炉制粉热一次风来源问题,使锅炉无油点火具备了条件。蒸汽加热器布置见图4。4.26煤粉火焰和锅炉升温2005年8月15日,3号锅炉进行锅炉吹管冷态启动。炉膛吹扫完成MFT复位后,将F磨煤机的运行模式切换到“等离子运行方式”。启动任一台一次风机。全开蒸汽加热器进汽阀门,投入蒸汽加热器运行。调节F磨煤机入口风量达最低通风量(70～80t/h),按顺序启动1～4号等离子点火器,调节电弧功率在100kW左右。启动F磨煤机,以3℃/min的升温速率将出口温度逐渐上升至65℃～75℃,暖磨10min。调节等离子燃烧器周界风,维持风门在15%开度,为控制温升,上部二次风门要适当开大,其它二次风门按正常运行时调整。启动F给煤机,初始给煤量24～25t/h,以使在最佳煤粉浓度0.3～0.52kg/kg范围内下点火。点火初期就地安排专人观察等离子燃烧器的煤粉燃烧情况。给煤机启动后60～90s,等离子点火专用的四分割画面火焰电视即可看到煤粉火焰,此时应立即减小给煤量到磨煤机的最低允许煤量15～16t/h,防止锅炉升温升压过快。投入电除尘器和干除灰系统运行。锅炉点火约1.5h后,空气预热器出口一次风温100℃以上时即可关闭蒸汽加热器进汽阀,依靠自身空气预热器能维持C磨出口温度在60℃左右,满足了制粉干燥需要。在规程规定的升压升温速率范围内,根据吹管工作的需要,逐步增加F给煤机给煤率到27t/h,同时注意通过F磨通风量的调整,适当提高一次风速,等离子燃烧器火焰的理想状态是粉包火,即燃烧器的根部及轮廓是粉,中间及前部是火,这样能保证燃烧器不结渣、不超温。维持吹管3次/h,在此工况下完成了锅炉吹管工作。运行过程中若发生任一角断弧或失去火检时,联锁关闭F磨煤机对应的出口关断门,切断该角等离子燃烧器的来粉,这样既能避免炉膛爆燃保证了锅炉燃烧安全,又不用投油枪助燃,节约了燃油。F磨煤机4个出口粉管的一个关断门关闭,制粉系统通风阻力增大,使F磨煤机通风量稍减少,另外3个角的一次风速会有所升高,但煤粉浓度变化不大,因此对其它3个角的着火影响不大。任二个角断弧或失去火检时,联锁跳闸F磨煤机。图5为2005年8月15日锅炉吹管冷态启动过程中等离子点火后升温升压曲线。17:31:00锅炉点火,20:46:00锅炉因给煤机跳闸灭火。23:43:00锅炉重新点火。次日2:02:00锅炉压力达到5MPa,开始第一次正式吹管。点火开始至33min,升温率1.356℃/min。23:43:00锅炉重新点火后升温率1.248℃/min,升压率0.0326MPa/min。锅炉升温升压速率可满足冷态启动曲线的要求(点火开始至30min升温速度<2℃/min;30min至达到汽机冲转参数升温速度2.2～2.5℃/min;升压速率<0.06MPa/min)。4.3节约燃料的计算台山电厂3号机组在国内首次实现了600MW锅炉冷态无油点火启动,在国内首次实现整个吹管过程没有燃用轻油。锅炉吹管共39次,烧煤741t,除尘器第一电场灰含碳量26.32%,捞渣机仅捞出不到50kg煤矸石。照此计算相当于节约燃油310t。台山电厂3号机组使用等离子点火系统完成了整组启动空负荷试运、带负荷试运和甩负荷试验,整个调试期间实现零油耗,等离子点火系统完全取代了传统燃油系统。4.4锅炉膨胀稳定台山电厂3号机组在锅炉吹管等离子无油点火期间,锅炉升温升压速率可满足冷态启动曲线的要求;锅炉膨胀顺畅,没有发现膨胀受阻现象;煤粉着火正常,燃烧稳定,炉膛负压稳定,无灭火打炮和二次燃烧现象;烟温探针测得的最高烟温值是513℃,满足再热器干烧时烟温低于540℃的要求,金属壁温没有超温报警现象。可以得出这样的结论:等离子点火能够满足锅炉安全的要求。4.5在风扇上，引入了分离和子燃烧系统的问题4.5.1台低压盘开关互换后跳闸情况运行过程中在4台等离子相同输入、相同输出(输出直流320A,95kW)的条件下,4号角整流柜多次跳闸。检查发现4台低压盘开关额定容量及定值均相同,将备用开关与4号低压开关互换,互换后跳闸现象消失。分析认为跳闸原因是低压盘开关质量问题。4.5.2等离子体减速剂燃烧筛选吹管过程中等离子发生器在工作中出现多次断弧现象。引起等离子断弧的原因较多,如等离子发生器的阴极使用寿命短,使用50h以上时容易发生阴极烧坏断弧。吹管结束停炉后对等离子燃烧器进行检查,发现燃烧器内筒结渣,部分堵塞了电弧出口,这是导致容易断弧的主要原因。载体风压偏低影响等离子发生器的稳定工作,这是导致容易断弧的次因。载体风压原来7kPa,后来运行时调整提高到8kPa以上。吹管过程中等离子燃烧器的壁温(后壁温)最高时140℃,应适当提高一次风速,降低等离子发生器功率,以避免等离子燃烧器积粉、结焦,一定要避免等离子燃烧器结焦烧毁。4.5.3全火焰丧失mft等离子无油点火第一次启动给煤机时,FSSS发出锅炉全火焰丧失MFT。原因是在不投油的情况下,当F给煤机启动后,需要约60～90s时间,磨煤机制出的煤粉才能点着火,这时会发出全火焰丧失MFT信号。问题解决方法:在MFT全火焰丧失逻辑里,“F磨等离子模式”下给煤机启动后增加120s延时,才将火焰丧失保护投入;正常点火方式时保持原逻辑不变。4.6等离子燃烧能力试验吹管期间进行了1号和3号角变点火功率试验:保持电压300V不变,输出电流,从340A降至320A、300A、290A、280A、260A,最低250A,仍能保持等离子燃烧器燃烧稳定。为提高阴极寿命、降低电气系统的损耗、防止燃烧器的结渣超温,在等离子弧稳定,能保证点火效果的情况下,应尽量降低电流设定值。吹管期间进行了等离子燃烧器点火能力试验:给煤量由16t/h逐步将减低到11t/h,维持10min,4个等离子燃烧器煤粉着火正常,但是F磨煤机开始振动大,不能维持正常运行。逐步增加给煤量到39t/h,维持10min,4个等离子燃烧器煤粉着火正常,烟温探针显示炉膛烟温由380℃迅速上升超过540℃,被迫降低给煤量,停止试验。这说明等离子燃烧器的点火出力范围较大,点火能量能够满足机组启动第二台磨煤机升负荷的需要。5等离子点火系统的应用(1)恒运电厂6号锅炉安装等离子点火系统后,需保留一层点火用油枪,用来暖炉和产生制粉用热一次风;与同类型锅炉冷态启动对比,可以早启动制粉系统、早退油枪、早投电除尘器,启动平均耗油减少20～25t,锅炉升温升压速率可满足冷态